JP2006125808A - 燃焼装置とその燃料燃焼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体燃料（石炭）と液体燃料（重油又は軽油等）を切り替える過渡期の混焼状態でも燃焼装置側が要求する燃料量を常時制御可能なようにした燃焼装置と燃焼方法を提供すること。
【解決手段】石炭と重油の切替え条件に、各ミルの石炭給炭量指令が各ミルの石炭給炭量制御範囲の上限および下限に対して余裕があるところで切り替えできるように石炭給炭量条件（ミルデマンド規定値）を追加することにより、石炭給炭量を常時制御することが出来るため、ボイラが要求する燃料流量に対し、過不足が生じることがなく、燃料装置の入熱量を一定にすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラなどの燃焼装置に係わり、特に石炭燃料と石油（重油または軽油）燃料の切替をするのに好適な燃焼装置とその燃料燃焼方法に関する。

図６に石油バーナを備えた石炭焚きボイラの構成図を示すように、石炭微粉砕ミル１はボイラ１缶当たり複数台あり、石炭専焼となる最大のボイラ負荷から最低負荷に至るまで運転台数の増減により制御する。最大のボイラ負荷時に供給可能な石炭供給量が最大の燃料供給量であり、石炭専焼時の最低負荷時が最少の石炭供給量となる。

石炭微粉砕ミル１の１台で火炉２の複数のバーナ段の中の一段分の微粉炭を供給している。各バーナ段には複数のバーナ３ａが設けられている。また、重油又は軽油バーナ３ｂは微粉炭燃焼用バーナ３ａ内に同軸又は火炉２内に火炎を形成できるように各バーナ３ａ内に設けられることが多く、その他微粉炭バーナ３ａに併設して設けられるものもある。

石炭焚きボイラの場合、ボイラの起動停止過程では火炉２内に供給できる燃料量が少ないので石炭を燃焼させることができない。そのため、ボイラの起動停止時の燃料として石炭に比べて価格が高いが、少ない燃料量でも燃焼性がよい軽油あるいは重油等の燃料が使用される。

従って、最初は軽油あるいは重油によりボイラを起動させ、徐々に燃料量を増加させて火炉２の熱負荷を上昇させ、石炭燃焼可能な火炉２の内部の温度等の条件が確立した後、起動用燃料の軽油あるいは重油等から石炭へ燃料切替を行う。また、ボイラ停止の場合は、ボイラ起動時の逆のパターンになるが、できるだけ石炭燃焼可能な火炉条件まで石炭を燃焼させ、起動用燃料と同様の軽油あるいは重油等へ燃料切替を行ない、その後にボイラの運転を停止させる。

図５にボイラ停止時の石炭から重油または軽油への燃料切替え例を示す。
プラント負荷（ボイラ負荷）を順次降下させ、例えば火力発電量３５０ＭＷにおいて石炭供給装置（ミル１）を４台から３台運転に減台し、３００ＭＷにおいて重油バーナ３ｂを１ペア（バーナ２本）目を点火し、次に２ペア目を点火する、さらにプラント負荷を減少させ、ミル１を３台から２台に減台し、同時に重油バーナ３ｂの３ペア目を点火し、次に４ペア目も点火する。次にプラント負荷を発電量３００ＭＷから２１０ＭＷへ降下させ、重油バーナ３ｂの５ペア目を点火し、ミル１を２台から１台に減台させ、重油バーナ３ｂの６ペア目を点火し、その後、最終ミル１を停止させ石炭から重油への燃料切替完了となる。

以上のボイラ停止時の石炭から重油または軽油への燃料切替え例では、運転するミル１のミル台数および重油バーナ３ｂの本数は、石炭の炭種毎に異なるカロリ差について考慮されていなかった（例えば特許文献１参照）。
特開平９−２１０３５５号公報

上記従来技術によるボイラ起動時または停止時の石炭と石油との切替えは、プラント負荷に応じて、予め設定したタイミングでシーケンシャル的に行われるため、石炭の炭種毎に異なる燃焼時のカロリ差には配慮されず、従って燃焼時のカロリ差に基づく給炭量の違いについても配慮されていなかった。そのため石炭給炭量の制御範囲と石油流量の制御範囲を逸脱し、ボイラが要求する燃料流量に対する適切な燃料供給制御ができず、過不足が生じ、合計燃料量が一時的に過多状態になり、上記温度制御の外乱要因になっていた。

本発明の課題は、固体燃料（石炭）と液体燃料（重油又は軽油等）を切り替える過渡期の混焼状態でも燃焼装置側が要求する燃料量を常時制御可能なようにすることにある。

上記本発明の課題は、固体燃料（石炭）の種類によるカロリ差による固体燃料（石炭）流量を補正するため、固体燃料（石炭）供給量条件（ミルデマンド規定値）を追加することにより達成される。

請求項１記載の発明は、発熱量の異なる複数の固体燃料と発熱量の異なる複数の液体燃料を燃焼可能なバーナと要求負荷に応じて前記固体燃料と液体燃料を切り替え、かつそれぞれの燃料のバーナへの供給量を各固体燃料及び液体燃料の発熱量に基づき制御する制御装置とを備えた燃料切替可能な燃焼装置において、前記制御装置は、固体燃料のバーナへの供給量の制御を一台での固体燃料供給量が所定の範囲内に制限される１以上のミルの運転台数の制御で行い、ミルの運転台数の増減分を各バーナ毎に液体燃料供給量が所定の範囲内に制限される１以上のバーナへの液体燃料供給量の制御で行い、固体燃料と液体燃料の切替は、ミルの運転台数の増減分をミル１台当たりの所定の固体燃料供給量規制値（ミルデマンド規定値）を超えない範囲内でミルの運転台数制御と液体燃料のバーナへの流量制御で行う燃料切替可能な燃焼装置である。

請求項２記載の発明は、要求負荷に応じて発熱量の異なる複数の固体燃料と発熱量の異なる複数の液体燃料のバーナへの供給量を各固体燃料及び液体燃料の発熱量に基づき制御する燃料切替可能な燃焼装置の燃料燃焼方法において、固体燃料のバーナへの供給量の制御を一台での固体燃料供給量が所定の範囲内に制限される１以上のミルの運転台数の制御で行い、ミルの運転台数の増減分を各バーナ毎に液体燃料供給量が所定の範囲内に制限される１以上のバーナへの液体燃料供給量の制御で行い、固体燃料と液体燃料の切替は、ミルの運転台数の増減分をミル１台当たりの所定の固体燃料供給量規制値を超えない範囲内でミルの運転台数制御と液体燃料のバーナへの流量制御で行う燃料切替可能な燃焼装置の燃料燃焼方法である。

（作用）
請求項１、２記載の発明によれば、固体燃料の性状（石炭炭種）によりカロリが異なるため、燃焼装置（ボイラ）の入熱量を一定にするためには固体燃料供給量（石炭給炭量）および液体燃料（重油又は軽油）流量を制御することになる。

固体燃料と液体燃料の切替え条件に、各ミルの固体燃料供給量指令が各ミルの固体燃料供給量制御範囲の上限および下限に対して余裕があるところで切り替えできるよう、一台当たりの固体燃料供給量を所定の範囲（ミルデマンド規定値）内に制限することにより、固体燃料供給量を常時制御することができる。そのため、ボイラが要求する燃料流量に対し、過不足が生じることがない。

請求項１、２記載の発明によれば、上述のように、固体燃料（石炭）の種類、性状（炭種）によりカロリ−が異なる場合でも、ボイラが要求する燃料流量に対し、固体燃料（石炭）供給量および液体燃料（重油又は軽油）流量を制御することが可能になり、固体燃料（石炭）と液体燃料（重油又は軽油）の切替過程においても燃焼装置（ボイラ）が要求する燃料流量に対し、過不足が生じることがない。

本発明の実施例を図面と共に説明する。
図３は石炭炭種によりボイラでの燃焼時の発熱カロリーが異なる例として、ボイラ負荷に対し、最低カロリ−炭（Ｎ−１）および最高カロリ−炭（Ｎ−２０）の石炭燃料消費量を示す。

ボイラへの石炭給炭量の制御範囲は、最小給炭量１９.５ｔ／ｈ、最大給炭量４３.３ｔ／ｈとし、図４に火力発電量２１０〜３００ＭＷの規模のボイラに供給するための石炭粉砕用ミル１台当たりの給炭量を示す。

炭種Ｎ−１にて、ミル３台運転時のミル１台当たりの石炭給炭量特性を実線ａで示す。この状態で、燃料切替のため、重油バーナ又は軽油（以下重油バーナとする）３ｂを２ペア点火すると重油バーナ特性より、１０ｔ／ｈ供給され、この重油による入熱増加相当分の石炭給炭量を減らすことになり、石炭給炭量特性は破線ｂで示す状態となる。

同様に、炭種Ｎ−２０の場合はミル３台運転時のミル１台当たりの石炭給炭量特性を実線ｃで示し、この状態から燃料切替のために重油バーナ３ｂを２ペア点火すると石炭給炭量特性は破線ｄで示すようになる。

炭種Ｎ−１およびＮ−２０共に、重油バ−ナ３ｂの２ペア点火後、ミル１を３台から２台に減台可能な負荷は発電量２７０〜３００ＭＷとなる。

発電量２７０ＭＷ以下のボイラ負荷については、炭種により石炭給炭量の上限を超えるもの、あるいは下限に対して余裕が無いものがあることより、ミル１のアウトサ−ビスに合わせ、重油バ−ナ３ｂを順次点火させることで、石炭給炭量と重油の流量を制御する必要がある。

これらの判断は、運転中のミル１にて重油バ−ナ３ｂの点火による入熱増加分を吸収できるミル負荷以上で重油バ−ナ３ｂを点火させるよう、ミルデマンドの条件を追加することで可能となる。

具体例は、ミルデマンド規定値を２８ｔ／ｈとし、ミル減台指令によりミル１を３台から２台へ減台指令を出力し、この時のミルデマンドにより重油バーナ３ｂの点火本数を判断させる。

図１に負荷が発電量２１０ＭＷである場合に炭種Ｎ−１における重油バ−ナ３ｂの点火本数とミル１の給炭量を示す。
ミル３台運転時は（イ）のポイントで運転しており、ミル１が３台から２台へ減台すると、（ロ）のポイントでの運転となるが、ミルデマンドが２８ｔ／ｈ以上のため、重油バーナ３ｂの１ペア目の点火指令が出力され、１ペア目の点火でポイント（ニ）での運転となる。その後もミルデマンドが２８ｔ／ｈ以上のため、２〜４ペア目の重油バーナ３ｂの点火指令が順次出力され、４ペア点火のポイント（ホ）での運転となり、各ミル１の石炭給炭量制御範囲内で石炭から重油へ切替が行われる。

図２に炭種Ｎ−２０における重油バ−ナ３ｂの点火本数とミル１の給炭量を示す。
ミル３台を運転する時には（イ）のポイントで運転しており、ミル１が３台から２台へ減台すると、（ロ）のポイントでの運転となるが、ミル１の停止過程でミルデマンドが２８ｔ／ｈ以上となった時、重油バーナ３ｂの１ペア目の点火指令が出力され、１ペア目の点火でポイント（ニ）での運転となる。

その後もミルデマンドが２８ｔ／ｈ以上のため、２ペア目の重油バーナ３ｂの点火指令が出力され、（ホ）のポイントでの運転となる。重油バーナ３ｂの２ペア目の点火後、ミルデマンドが２８ｔ／ｈ以下となった場合は、ミル１の運転台数を２台から１台へ減台する指令を出力し、順次重油バーナ３ｂの３ペア目、４ペア目を点火し、ポイント（ヘ）での運転となり、各ミル１の石炭給炭量制御範囲内で石炭から重油へ切替が行われる。
なお、上記の重油バーナ３ｂは重油に限らず軽油バーナである場合もある。

本発明は、特に石炭燃料と重油または軽油燃料の切替をするのに好適なボイラなどの燃焼装置の制御方法と装置に利用できる。

本発明の実施例の負荷２１０ＭＷ時の炭種Ｎ−１における重油バ−ナ点火本数とミル給炭量を示す図である。 本発明の実施例の負荷２１０ＭＷ時の炭種Ｎ−２０における重油バ−ナ点火本数とミル給炭量を示す図である。 石炭炭種によりボイラでの燃焼時の発熱カロリーが異なる例として、ボイラ負荷に対し、最低カロリ−炭（Ｎ−１）および最高カロリ−炭（Ｎ−２０）の石炭燃料消費量を示す図である。 ミル１台当たりの給炭量特性を示す図である。 ボイラ停止時の石炭から重油への切替えを示した図である。 石油バーナを備えた石炭焚きボイラの構成図である。

符号の説明

１ ミル ２ 火炉
３ａ 微粉炭バーナ ３ｂ 重油バーナ

Claims (2)

1. 発熱量の異なる複数の固体燃料と発熱量の異なる複数の液体燃料を燃焼可能なバーナと要求負荷に応じて前記固体燃料と液体燃料を切り替え、かつそれぞれの燃料のバーナへの供給量を各固体燃料及び液体燃料の発熱量に基づき制御する制御装置とを備えた燃料切替可能な燃焼装置において、
   前記制御装置は、固体燃料のバーナへの供給量の制御を一台での固体燃料供給量が所定の範囲内に制限される１以上のミルの運転台数の制御で行い、ミルの運転台数の増減分を各バーナ毎に液体燃料供給量が所定の範囲内に制限される１以上のバーナへの液体燃料供給量の制御で行い、
   固体燃料と液体燃料の切替は、ミルの運転台数の増減分をミル１台当たりの所定の固体燃料供給量規制値を超えない範囲内でミルの運転台数制御と液体燃料のバーナへの流量制御で行うことを特徴とする燃料切替可能な燃焼装置。
2. 要求負荷に応じて発熱量の異なる複数の固体燃料と発熱量の異なる複数の液体燃料のバーナへの供給量を各固体燃料及び液体燃料の発熱量に基づき制御する燃料切替可能な燃焼装置の燃料燃焼方法において、
   固体燃料のバーナへの供給量の制御を一台での固体燃料供給量が所定の範囲内に制限される１以上のミルの運転台数の制御で行い、ミルの運転台数の増減分を各バーナ毎に液体燃料供給量が所定の範囲内に制限される１以上のバーナへの液体燃料供給量の制御で行い、
   固体燃料と液体燃料の切替は、ミルの運転台数の増減分をミル１台当たりの所定の固体燃料供給量規制値を超えない範囲内でミルの運転台数制御と液体燃料のバーナへの流量制御で行うことを特徴する燃料切替可能な燃焼装置の燃料燃焼方法。

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